本帖最后由 kenson 于 2014-1-6 15:50 编辑
3 `- z3 n/ h4 A+ x5 j
& Q( p7 Z+ K+ W. FC/C++ 宏详解
# C& v) u& X9 c5 s& @6 h众多C++书籍都忠告我们C语言宏是万恶之首,但事情总不如我们想象的那么坏,就如同goto一样。宏有
- V2 w9 ?1 y3 W( T Z一个很大的作用,就是自动为我们产生代码。如果说模板可以为我们产生各种型别的代码(型别替换),! k" U: `. q$ F( k; d
那么宏其实可以为我们在符号上产生新的代码(即符号替换、增加)。 关于宏的一些语法问题,可以在google上找到。相信我,你对于宏的了解绝对没你想象的那么多。如果你6 n3 x, j) z- g K4 J2 C. J) }
还不知道#和##,也不知道prescan,那么你肯定对宏的了解不够。 我稍微讲解下宏的一些语法问题(说语法问题似乎不妥,macro只与preprocessor有关,跟语义分析又无关): 1. 宏可以像函数一样被定义,例如:! r; C% w& I/ j' X
#define min(x,y) (x 但是在实际使用时,只有当写上min(),必须加括号,min才会被作为宏展开,否则不做任何处理。
5 n( w |, y3 c# K$ f2 k$ g! r5 k- _( _, _
2. 如果宏需要参数,你可以不传,编译器会给你警告(宏参数不够),但是这会导致错误。如C++书籍中所描/ e, K& A" ^. h) v1 `. r
述的,编译器(预处理器)对宏的语法检查不够,所以更多的检查性工作得你自己来做。 3. 很多程序员不知道的#和##& H2 ]4 O6 M( ]
#符号把一个符号直接转换为字符串,例如:: @2 h% J, A: X9 l8 ]0 C8 s
#define STRING(x) #x
2 J1 F) p' |. x+ V5 Q6 ]4 aconst char *str = STRING( test_string ); str的内容就是"test_string",也就是说#会把其后的符号0 o/ B1 z" R% v0 T! B
直接加上双引号。
8 G. e$ p/ `2 _; j1 Q##符号会连接两个符号,从而产生新的符号(词法层次),例如:& S1 P4 N2 s$ X8 L
#define SIGN( x ) INT_##x, p2 D: L, u" `9 o; P8 x0 ?/ h5 @4 [
int SIGN( 1 ); 宏被展开后将成为:int INT_1; 4. 变参宏,这个比较酷,它使得你可以定义类似的宏:
/ f/ U, w! {+ B* g: [; l! K+ k#define LOG( format, ... ) printf( format, __VA_ARGS__ )
2 @2 e: `5 y( G M. p3 R- K/ MLOG( "%s %d", str, count );
) I% u8 M: }! g6 B& V- i__VA_ARGS__是系统预定义宏,被自动替换为参数列表。 5. 当一个宏自己调用自己时,会发生什么?例如:
. V& I8 i- b( U' [7 h! e3 V+ S#define TEST( x ) ( x + TEST( x ) )
( H! c: b: W2 A; N2 H) KTEST( 1 ); 会发生什么?为了防止无限制递归展开,语法规定,当一个宏遇到自己时,就停止展开,也就是8 i4 N" V! t5 Z
说,当对TEST( 1 )进行展开时,展开过程中又发现了一个TEST,那么就将这个TEST当作一般的符号。TEST(1)- A# [, T( I7 h6 i4 N; T
最终被展开为:1 + TEST( 1) 。 6. 宏参数的prescan,
1 P, m& Y$ s1 W& k8 P当一个宏参数被放进宏体时,这个宏参数会首先被全部展开(有例外,见下文)。当展开后的宏参数被放进宏体时,
0 f2 s, ]9 z: U0 o4 i# n6 d, Y/ W' `预处理器对新展开的宏体进行第二次扫描,并继续展开。例如:
! f% S3 f6 |( o4 w5 T#define PARAM( x ) x
# C; l$ S; q+ a( \#define ADDPARAM( x ) INT_##x
8 D# U8 {3 ]9 P+ s, L! \* w7 G: cPARAM( ADDPARAM( 1 ) );
& I3 g$ R* J% R因为ADDPARAM( 1 ) 是作为PARAM的宏参数,所以先将ADDPARAM( 1 )展开为INT_1,然后再将INT_1放进PARAM。
, f3 Y, t; {- }$ Z6 D% D4 q" U
例外情况是,如果PARAM宏里对宏参数使用了#或##,那么宏参数不会被展开:) M3 p$ l- K# I
#define PARAM( x ) #x8 J) a% A' b4 A) S. Z' o
#define ADDPARAM( x ) INT_##x& h; D+ i) L% ?) ?6 t
PARAM( ADDPARAM( 1 ) ); 将被展开为"ADDPARAM( 1 )"。 使用这么一个规则,可以创建一个很有趣的技术:打印出一个宏被展开后的样子,这样可以方便你分析代码:
; a, g0 k- o: \7 _, W0 _#define TO_STRING( x ) TO_STRING1( x )
( R2 p4 N, Q) c: {#define TO_STRING1( x ) #x( T# X* y5 j: X0 s
TO_STRING首先会将x全部展开(如果x也是一个宏的话),然后再传给TO_STRING1转换为字符串,现在你可以这样:- \3 P1 \8 \# Z
const char *str = TO_STRING( PARAM( ADDPARAM( 1 ) ) );去一探PARAM展开后的样子。 7. 一个很重要的补充:就像我在第一点说的那样,如果一个像函数的宏在使用时没有出现括号,那么预处理器只是9 q# p" Y! H! u z
将这个宏作为一般的符号处理(那就是不处理)。 , l5 Z: Z- i! ~: {' x; {
我们来见识一下宏是如何帮助我们自动产生代码的。如我所说,宏是在符号层次产生代码。我在分析Boost.Function) A! v' W: |, k& h
模块时,因为它使用了大量的宏(宏嵌套,再嵌套),导致我压根没看明白代码。后来发现了一个小型的模板库ttl,说的+ ?- c1 v. w3 j/ {
是开发一些小型组件去取代部分Boost(这是一个好理由,因为Boost确实太大)。同样,这个库也包含了一个function库。
3 K5 l9 E" P7 i, |" u2 H( x这里的function也就是我之前提到的functor。ttl.function库里为了自动产生很多类似的代码,使用了一个宏: #define TTL_FUNC_BUILD_FUNCTOR_CALLER(n) /
G& p9 X# `6 z$ {/ Jtemplate< typename R, TTL_TPARAMS(n) > /( ~2 k) X0 ^9 c, ]
struct functor_caller_base##n /7 [- e! k# m: {( k( S7 M5 ~
///...* p$ Z/ }/ j% w9 k6 I
该宏的最终目的是:通过类似于TTL_FUNC_BUILD_FUNCTOR_CALLER(1)的调用方式,自动产生很多functor_caller_base模板:
1 d w3 I. R1 ^3 r0 s3 J3 itemplate struct functor_caller_base1
( R8 t5 @, d5 z2 I' t2 Stemplate struct functor_caller_base2( \! R" w6 x t% E9 v4 y' X! \# ~
template struct functor_caller_base3
! q2 ?5 ]5 ^$ H, \. ?. [: T' g///...' w' D' N1 Z1 N5 r' [1 h
那么,核心部分在于TTL_TPARAMS(n)这个宏,可以看出这个宏最终产生的是:
; a$ h5 j8 Q. M# N, Ytypename T1. V: }6 r' `0 y4 c! `; x
typename T1, typename T2
: [$ S7 Z! v W$ \( \9 C* _2 Ytypename T1, typename T2, typename T3- e, d' c% g+ p& c- r3 |; [
///...% L3 e2 d" E0 |/ [
我们不妨分析TTL_TPARAMS(n)的整个过程。分析宏主要把握我以上提到的一些要点即可。以下过程我建议你翻着ttl的代码,# _2 L. }- H" H- _' B6 _: |. z
相关代码文件:function.hpp, macro_params.hpp, macro_repeat.hpp, macro_misc.hpp, macro_counter.hpp。 so, here we go 分析过程,逐层分析,逐层展开,例如TTL_TPARAMS(1): #define TTL_TPARAMS(n) TTL_TPARAMSX(n,T)
5 J# X, s+ ?! Q2 `- a4 `) l3 s1 N=> TTL_TPARAMSX( 1, T )6 O7 r$ H' ~& [+ Z
#define TTL_TPARAMSX(n,t) TTL_REPEAT(n, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, t)# i+ Y, [: V: B# c( ?
=> TTL_REPEAT( 1, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, T )
5 N) |$ m# C0 b% p; w% E#define TTL_TPARAM(n,t) typename t##n,% u. { T) M: K3 F% e
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n; Q0 U. Q6 V3 I
#define TTL_REPEAT(n, m, l, p) TTL_APPEND(TTL_REPEAT_, TTL_DEC(n))(m,l,p) TTL_APPEND(TTL_LAST_REPEAT_,n)(l,p)
3 R _7 c1 F; G0 A注意,TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END虽然也是两个宏,他们被作为TTL_REPEAT宏的参数,按照prescan规则,似乎应该先将
- r- t' i5 G& `5 i# ^# g' \1 l这两个宏展开再传给TTL_REPEAT。但是,如同我在前面重点提到的,这两个宏是function-like macro,使用时需要加括号,
! [* v* o" G9 P如果没加括号,则不当作宏处理。因此,展开TTL_REPEAT时,应该为:9 e4 Q4 y% j3 `
=> TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T) TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(
9 \1 J& Y E! d" JTTL_TPARAM_END,T)) g$ a5 J' a6 ~- V% G: ^
这个宏体看起来很复杂,仔细分析下,可以分为两部分:
a- r7 q( S; n; c9 JTTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)以及4 ]0 P2 ]" ^ L9 L# ]
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)9 _. ]/ F. k% s0 q- j
先分析第一部分:' U2 y, e1 o9 x; ?1 Y7 U9 ]* D
#define TTL_APPEND( x, y ) TTL_APPEND1(x,y) //先展开x,y再将x,y连接起来
! @ q9 C+ q3 h( q6 q3 T% J1 D#define TTL_APPEND1( x, y ) x ## y
@! y6 `6 f2 p. u$ Q6 s#define TTL_DEC(n) TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_, n)
4 j3 r; H/ R) i( G根据先展开参数的原则,会先展开TTL_DEC(1)! y( O" ^$ l- ]; o& z! U
=> TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_,1) => TTL_CNTDEC_1
1 d( h7 M8 ^/ b, n: I. c; h#define TTL_CNTDEC_1 0 注意,TTL_CNTDEC_不是宏,TTL_CNTDEC_1是一个宏。, o, `( X/ B+ p( X* n
=> 0 , 也就是说,TTL_DEC(1)最终被展开为0。回到TTL_APPEND部分:
/ b% {& h q: _/ z) }( N) b=> TTL_REPEAT_0 (TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)2 m/ |/ g% U5 ?* l0 i
#define TTL_REPEAT_0(m,l,p)
. ^* Z0 x. H7 XTTL_REPEAT_0这个宏为空,那么,上面说的第一部分被忽略,现在只剩下第二部分:
# G, ~' v; m$ M2 ^: \2 NTTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)
7 l7 ~) ~/ ~+ f) r. ?' Z/ r, h=> TTL_LAST_REPEAT_1 (TTL_TPARAM_END,T) // TTL_APPEND将TTL_LAST_REPEAT_和1合并起来, J$ I1 R' V* Y+ l: `. @% K# U
#define TTL_LAST_REPEAT_1(m,p) m(1,p)
4 ]5 n4 ~( ?; A=> TTL_TPARAM_END( 1, T )5 q8 v' R5 T! ^5 p: x. k1 w7 y6 D
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n9 J: B. u" Y) i4 P
=> typename T1 展开完毕。 虽然我们分析出来了,但是这其实并不是我们想要的。我们应该从那些宏里去获取作者关于宏的编程思想。很好地使用宏1 |$ s& M7 D0 J# D
看上去似乎是一些偏门的奇技淫巧,但是他确实可以让我们编码更自动化。 4 _8 c6 t. ^% ?: |
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